卢辉东 韩红静 刘杰

(青海大学,新能源光伏产业研究中心,西宁 810016)

甲脒铅碘钙钛矿(FAPbI3)因其优异的光电性能而成为新兴太阳电池最具潜力的候选材料,但是稳定性较差成为制约其发展的主要瓶颈.通过离子掺杂可以有效地改善FAPbI3 的稳定性,如通过共掺杂Cs+和Br–形成FA1–xCsxPbI3–yBry 钙钛矿材料,其耐热及耐水稳定性得到显著改善.本文利用第一性原理计算了FA1–xCsxPbI3–yBry (x = 0.125,y = 0—0.6)体系的几何结构、电子结构和光学性质.通过分析发现Cs+和Br–的掺入使得体系能量降低,FA0.875Cs0.125PbI2.96 Br0.04 最稳定.利用等效光学导纳法模拟计算了平面结构钙钛矿太阳电池的吸收率、载流子收集效率、外量子效率、短路电流密度、开路电压和伏安特性.对于FA1–xCsxPb I3–yBry 钙钛矿太阳电池,当x = 0.125,y = 0.04,厚度为0.5—1.0 µm 时,电池的短路电流密度均为24.7 mA·cm–2,开路电压为1.06 V.结果表明Cs+和Br–的共掺杂在没有降低电池短路电流的同时提高了体系的稳定性,可为实验上制备高效稳定的钙钛矿太阳电池提供理论参考.

1 引 言

有机-无机金属卤化物钙钛矿太阳电池具有光电转换效率高、原材料成本低和可溶液加工等优点,引起了学术界和产业界的广泛关注[1−4].从2009 年至今,通过对钙钛矿材料性质、太阳电池器件结构以及相关界面的不断深入研究,钙钛矿太阳电池的光电转化效率从3.8%提升到了25.2%[5,6].最近,大面积钙钛矿太阳电池取得显著进步,1 和36 cm2的电池最高认证效率分别达到20.9%和12.1%[7,8].光伏技术在大规模应用之前必须解决高效率、可大面积生产和高稳定性问题.目前,前面两个问题……